柱塞气举排水采气技术简介
涩北气田柱塞气举排水采气工艺试验研究
涩北气田柱塞气举排水采气工艺试验研究【摘要】柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，不需要其他动力设备、生产成本低。
该工艺是间歇气举的一种特殊形式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升的液体分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率。
柱塞气举的能量主要来源于地层，但当地层能量不足时，也向井内注气；下柱塞时先降低井筒内的液柱高度，恢复一定的油压提高井的举升能量。
柱塞气举还可以由于易结蜡，结垢的油气井，沿油管上下来回的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。
【关键词】涩北气田柱塞游动阀应用1.1 工艺原理柱塞气举是将柱塞作为气液之间的机械界面，利用气井自身能量推动柱塞在油管内进行周期地举液，能够有效地阻止气体上窜和液体回落，减少液体“滑脱”效应，增加间歇气举效率。
1.1.1 柱塞上升控制器打开，柱塞及液体段塞开始向上运动时：（1）空气体下降：柱塞、柱塞上部的液体段塞及油管内的液体向上运动，环空内的液体和气体向下流动，直到气液界面到达油管管鞋处为止。
（2）气体上升：柱塞、柱塞上部的液体段塞及柱塞下面的液体在上行的泰勒泡的气体膨胀作用下向上运动。
（3）液体段塞充满油管：柱塞、柱塞上部的液体段塞继续向上运动。
（4）液体段塞产出：部分液体段塞进入生产管线，余下的液体和柱塞加速上行。
1.1.2 柱塞下降只要柱塞进入捕捉器前，控制器关闭，即宣布这一阶段开始。
柱塞迅速加速下落直到达到一个恒定的下降速度。
1.1.3 压力恢复柱塞到达井底的缓冲弹簧。
流体（气体和液体）从油藏流入井筒。
液体在井底聚集以增加液体段塞的体积；气体使环空增压，直到达到设定的最大压力。
控制器打开，新的举升周期宣告开始。
1.2 实施目的针对地层能量足够，但因水淹无法进站的井，进行井筒举水，以段塞流的形式将水定期举到井口，防止井筒积液产生的回压导致气井无法生产.该项目主要研发井口装置、游动活塞、井下定位器、投捞系统等。
时间控制器：核心部件，控制柱塞运行、接收和处理信号。
柱塞气举排水采气工艺研究及应用
柱塞气举排水采气工艺在含硫气井中的应用
柱塞气举排水采气工艺在含硫气井中的应用柱塞气举排水采气工艺在含硫气井中的应用川东北地区各气田普遍含硫，随着气田开发程度的逐步增大，特别是石炭系气藏，大部分已产地层水。
气水井的出水特征差异较大，井口压力不断降低，管理、开发难度不断增大。
特别是针对部分具有井深、小产气量、小产水量等特点的气水同产井，传统的泡排工艺已出现不适应性，需要探索新的排水采气接替工艺。
同时采用中心站的管理模式，取消了单井站，井站无人值守。
间歇生产人工开关井受值班时间的制约具有随意性，由于人工进行间歇开关井，存在诸多不利因素，如开关井时间制度，工作量、人员配置、交通等矛盾。
如何延长气水同产井的自喷生产期、如何将传统意义的间歇生产人工开关井过渡到自动化间歇生产、如何解决柱塞气举工艺所涉及到一系列工具的抗硫性能是要面临的一大课题。
为了达到理想的开采效果，针对气水同产井的实际井况，开展了国内首次柱塞气举排水采气工艺在含硫的气水同产井的先导性试验。
通过对柱塞排水采气工艺原理、工艺要求等进行研究，优化地面抗硫配套工具，并进行现场试验，达到经济有效的开采目的，逐步形成了含硫的气水同产井的柱塞气举排水采气工艺配套技术。
该工艺对延长低压间歇气井天然能量生产期，优化地面管理、实现自动化，有效提高经济效益，并最终提高含硫的气水同产井的采收率具有十分重要的指导意义。
一、柱塞气举工艺原理及参数设计1、柱塞气举排水采气工艺原理及要求(1) 柱塞气举排水采气工艺原理柱塞气举是将柱塞作为气液之间的机械界面，利用气井自身能量推动柱塞在油管内进行周期地举液，能够有效地阻止气体上窜和液体回落，减少液体滑脱效应，增加间歇气举效率。
柱塞气举过程井筒油套压变化见图1。
图1 柱塞举升过程油压、套压变化示意图当控制薄膜阀关闭时，柱塞在自身重力作用下在油管内穿过气液进行下落。
在关井瞬时，套压可能下降也可能不变，套压下降时由于套管中的气体继续向油管膨胀，使油套压趋近平衡，这时油压会相应升高，之后套压由地层供气能力控制; 关井初期，油压恢复较快，之后油压由地层供气能力控制。
排水采气工艺技术研究
排水采气工艺技术研究摘要：气井生产过程中，地层水经常流入井底。
当气井产量高，气体流速快时，水可以被带到地面。
但随着地层能量的降低，天然气产量减少，气体流速降低，不足以将水携带到地表。
此时井底逐渐出现积液，在井筒内形成液柱，导致气井减产甚至不产。
排水采气技术可以恢复气井产能，保证天然气高效生产。
经过多年的发展，目前排水采气工艺体系已经比较完善，各种技术比较丰富，但不同的技术有各自的技术特点和适用性，不同气井的生产特点也不同。
为了获得最佳的经济效益和采收率，有积液气井必须选择合适的排水采气工艺。
关键词：排水采气；天然气；工艺技术随着我国天然气资源的深度开发，天然气的开采难度越来越大。
其内部气藏中的压力逐渐降低，当压力达到临界值时，天然气的流动速度会变慢，使天然气无法正常排出井筒。
当积累到一定程度时，液体会逐渐演变成液柱。
在液柱作用下，气井自喷能量会降低，产能达不到预期标准，导致气井停产或关井。
为解决这一问题，可以应用排水采气技术。
一、排水采气技术应用的重要性在我国气田开发的过程中使用排水采气技术非常有必要，是提高气井产量、延长气井寿命的最佳选择。
同时，我国气田的地质条件在不同区域间差别很大，比较复杂，排水采气技术也是应对我国气田复杂的地质特征的必然选择。
气田地质特征存在差别的原因，主要是气井内部的储层空间连通性和均质程度不同。
一般而言，气田的地质特征包括气田形态、边界性质、井内气水关系及压力特征等，还与气田储渗类型存在关系，因为它会在一定程度上影响着气田的开采。
气田内部储层的储渗关系一般有孔隙性和裂缝性，孔隙型的气田储层连通性都比较好，不同区间和储层之间联系广泛，在采气过程中可以实现高程度的气水分离，有利于天然气的开采，孔隙型储层的气田主要是以河流、湖泊沉积为主，气田内多以层状砂体分布，不仅能够较容易地确定气田范围、位置和储量等气田参数，而且还有利于气田的开采。
而裂缝型的气田储层裂缝程度存在差别，受到气田内部地应力的大小和储层间岩石的抗压强度的影响，因为裂缝程度不一，部分气田是有限的封闭体，气田内部的气水分布、含气范围不容易被确定，在勘探过程中受到气田内部裂缝网络的形态、大小影响。
气举排水采气工艺技术研究及应用_贾浩民
n olog ie s w h ieh su it gas w ells p r o d u e in g w ater in J in gb ian ga s p lan t. T hr o u gh f i eld aP P liea tion s in r e ee n t ye a s r e r a , th ese 6 ga s lif t dr a in ag e m a t eh in g te eh n ologies h av e b een p r o v ed th at
的降低 , 气井的携液能 力变差 ,甚至 因井筒积液而停 产 ,严重影响 了产水气井的高效开发 。 本文针 对靖边气 田产水 气井
开发面临的实际问题和富水区开发技术对策 , 结合靖边气田开发工艺技术特点 , 开展了产水气井气举排水采气工艺技 术研究 ,初步形成了适合靖边气田产水气井气举排水采气的 6 项配套工艺 技术 。 通过近几年的现场应用表明 ,这 6 项排
1
富水区开发技术政策及配套技术
靖边气 田富水 区的成 因和控制因素研究发现I ] ,靖 l
边气 田下古马五 飞 2 地层水在横 向上呈块 状或透镜状 + 分布 ,水体中并不全是水 , 而是气 、 水共存 , 水夹在气藏 或气层 中 。 气藏中不存在 “ 边水 ” 或“ 底水 ”, 找不到绝对 的气一 水边界 , 虽然如此 , 但在一些 区域地层水又集中 产出 , 形成相对 富水区 。 富水区的形成过程比较复杂 ,
e d u ein g ,lo r w er liq u id
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柱塞气举排水采气工艺适应性与改进策略
柱塞气举排水采气工艺适应性与改进策略作者：刘应青来源：《科学与财富》2019年第19期摘要：柱塞气举是间歇气举井最有效的生产方式，它能够减少气体穿过液体段塞所造成的滑脱损失，提高举升效率。
柱塞气举影响因素分为动力、阻力和体积三大因素，利用柱塞气举动态模型分析了各种因素变化对柱塞气举的作用及其它们的限制条件。
柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，生产过程中可以不动用其他生产设备，大大降低了生产成本。
柱塞作为密封界面分开举升气体和液体，减少液体回落，防止气体窜流，有效提高举升效率。
关键词：生产气井；气体窜流；柱塞气举排水采气法；举升效率；配套工艺柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，不动用其他生产设备，大大降低了生产成本。
柱塞作为密封界面分开举升气体和液体，减少液体回落，防止气体窜流，有效提高举升效率。
柱塞地层能量是影响产能的关键，当地层能量供应不足时，需要人工注气补充能量，下柱塞时先降低井筒内的液柱高度，恢复一定的油压提高井的举升能量。
对于结蜡、结垢严重气井，柱塞气举排水采气法由于上下柱塞往复运动，干扰破坏了蜡晶的形成。
某气田位于柴达木盆地构造带上。
表现为储层疏松易出砂，结蜡严重、含气层段多的特点。
纵向上表现为砂泥岩互层、气水层互层，致使单个地层容易岀砂，特别是大压差高产井和产水井岀砂现象较为普遍，影响气井生产能力的发挥。
由于气藏物性较差，部分井出砂出水严重，无法正常生产，柱塞气举排工艺配套工艺可实现：气井排水采气间歇气举井的生产高气液比气井的生产气井井筒的清砂、除垢。
1 柱塞气举排水采气法工艺原理柱塞气举排水法利用柱塞作为密封界面，依靠地层能量推动柱塞往复运动，减少滑脱效应的产生，增加举升效率，将整个生产周期划分为首尾相接的三个阶段：柱塞上升，柱塞下降，压力恢复。
1）柱塞上升阶段。
控制器打开，液柱向上运动，空气体下降：环空内液体和气体向下流动，最后气体和液体分界面上到管鞋位置。
柱塞气举排水采气工艺技术的应用
柱塞气举排水采气工艺技术的应用摘要：根据苏里格“三低”气田的现状，通过柱塞气举现场试验情况，分析柱塞工艺的适用性，开展试验效果评价，为低产低效气井探索一种与之相适应的排水采气工艺方法。
关键词：苏里格气田柱塞气举排水采气一、应用背景苏里格气田是低产、低压、低丰度、非均质性强的复杂气田。
2008年之前投产的气井压力和产能都普遍较低，不能满足生产过程中的气井携液要求，导致部分气井井底产生积液，严重影响了气井连续稳定生产。
因此，研究一套适合低产、低效气田开发的排水采气工艺技术成为苏里格气田发掘气井产能、长期稳产的有力保障。
二、柱塞气举工艺原理1.柱塞气举工艺组成柱塞气举装置的组成主要包括（1）防喷管：主要功能为放喷、缓冲，必要时可以捕捉柱塞；（2）地面控制装置：主要由时间--周期控制器和气动阀组成；气动阀按控制器定时发出的指令开关；（3）井底座落器：限位，并缓冲柱塞下行碰撞冲击；（4）柱塞：关键装置，充当天然气与液体间的机械界面。
2.柱塞气举工艺原理柱塞气举装置的正常工作由时间周期控制器控制气动阀的开关来完成。
当气动阀关闭时，柱塞自行下落，柱塞下落至井下座落器时，油管中液面不断上升并超出柱塞高度。
当气动阀打开时，气体迅速进入油管，与地层流入井底的气一起推动柱塞及其上液体升向井口，直到把柱塞上部的液体举升至地面，待气井生产一定时间需要恢复地层压力时，气动阀自动关闭，柱塞下落，开始下一次工作循环。
三、柱塞气举现场应用及效果评价1. 选井原则根据试验取得的经验，柱塞工艺的适用条件如下：1.1气井自身具有一定的产能，自喷生产井；1.2日产水量小于5m3/d；1.3井深≤4000m；1.4流体介质腐蚀性不强；1.5油、套管畅通、洁净无污物；2.试验气井情况根据柱塞气举工艺要求，优选苏48X井开展柱塞气举试验，其基本情况见表1。
由压力梯度图可以看出，苏48X井试验前压力梯度突变明显，井筒积液严重，气井自喷生产能力差。
排水采气工艺技术
排水采气工艺技术排水采气工艺技术由于在气井中常有烃类凝析液或地层水流入井底。
当气井产量高、井底气液速度大而井中流体的数量相对较少时，水将完全被气流携带至地面，否则，井筒中将出现积液。
积液的存在将增大对气层的回压，并限制其生产能力，有时甚至会将气层完全压死以致关井。
排除气井井筒及井底附近地层积液过多或产水，并使气井恢复正常生产的措施，称为排水采气。
排水采气工艺可分为:机械法和物理化学法。
机械法即优选管柱排水采气工艺、气举排水采气工艺、电潜泵排水采气工艺、机抽等排水采气工艺，物理化学法即泡沫排水采气法及化学堵水等方法。
这些工艺的选择取决于气藏的地质特征、产水气井的生产状态和经济投入的考虑。
1 优选管柱排水采气技术在气水井生产中后期，随着气井产气量和排水量的显著下降，气液两相间的滑脱损失就取代摩阻损失，上升为影响提高气井最终采收率的主要矛盾。
这时气井往往因举液速度太低，不能将地层水即使排出地面而水淹。
优选管柱排水采气工艺就是在有水气井开采到中后期，重新调整自喷管柱，减少气流的滑脱损失，以充分利用气井自身能量的一种自力式排水采气方法。
优选管柱排水采气工艺，其理论成熟，施工容易，管理方便，工作制度可调，免修期长，投资少，除优选与地层流动条件相匹配的油管柱外，无须另外特殊设备和动力装置，是充分利用气井自身能量实现连续排水生产，以延长气井带水自喷期的一项开采工艺技术。
该技术适用于开采中后期具有一定能量的间喷井、弱喷井，能延长气水井的自喷期，适用于井深＜3000m，产水量＜100 m3/d。
对采用油管公称直径≤60mm 进行小油管排水采气的工艺井，最大排水量50m3/d，油管强度制约油管下深。
工艺实施后需要配合诱喷工艺使施工井恢复生产。
2 泡沫排水采气技术泡沫排水采气技术是通过地面设备向井内注入泡沫助采剂，降低井内积液的表、界面张力，使其呈低表面张力和高表面粘度的状态，利用井内自生气体或注入外部气源（天然气或液氮）产生泡沫。
苏里格气田智能柱塞气举排水采气技术研究
钻
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采
工
艺
２ ０ １ ３年 ９月
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ＤＲＩ Ｌ Ｌ Ｉ ＮＧ ＆ ＰＲ０ＤＵＣ Ｔ １ ０Ｎ ＴＥ ＣＨＮ０Ｌ ０ＧＹ
二、 苏里格气 田智能柱塞气举思路
充分 利 用 柱 塞气 举 举 液 效 率高 的优 点 ， 针 对 常 规 柱塞气 举 采用单 一 的定 时开关 井模 式及 需要 人 工
积 液高 度 ， 当续流 时 间和 开井 时套 压一 定 时 ， 开井 时
油 压就 相对 应一 个定 值 ， 因此 ， 柱塞 气举 的优 化 实质
１ ０ ｍ 。 ／ ｄ以 下积 液 气 井 的 排 水 采 气 问题 ， 为 苏里 格 气 田排 水 采 气技 术 全 面 智 能化 迈 上 了新 的 台阶 。
关键词 ：苏里格 气田； 排 水采 气；柱塞气举 ； 智 能化 ； 积液
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ． １ ０ ０ ６—７ ６ ８ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５． １ ５
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缺点 ： ①只有 固定时间控制模式 ， 当地层瞬时出 液量多时可能将柱塞“ 淹死 ” ； ②只能人工到井 口调
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３一Ｏ １ —１ ０ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ８—２ １
苏 里 格 气 田属 典 型 的低 压 、 低 渗、 低 丰度 “ 三 低” 气田 ｌ － ４ １ ， 随着气 田的开 发 ， 地层 能量 下 降 ， 气 井 产 气量 降低 ， 生 产过 程 中井筒 存在 大量 积 液 ， 且 积 液 井 逐年 增多 ， 难 以维 持 气 田正 常平 稳 生产 。针对 气 田积液 井不 断增 多 ， 近年 形成 了泡沫 排水 、 优选 管 柱 等 排水 采气 技 术 ， 基本解 决 了 ０ ． ３ Ｘ １ ０ ｍ ／ ｄ以 上 积 液气 井 的排水 采 气 问题 ， 但 对 于 占积 液 井 绝 大 部
柱塞气举工艺在大牛地气田的应用
柱塞气举工艺在大牛地气田的应用摘要：大牛地气田目前排采工艺以泡沫排水采气工艺、速度管工艺、制氮气举工艺为主，但部分气井由于凝析油含量过高，气井产量无法满足临界携泡流量，气井连续生产能力弱等因素限制，上述采气工艺无法满足该部分气井连续、高效带液需求。
关键词：柱塞气举，原理，影响因素，参数设计，制度优化1 柱塞气举工艺原理1.1柱塞气举排水采气工艺原理柱塞气举是间歇气举的一种特殊方式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气和被举升液体分开，减少气体穿过液体段塞所造成的滑脱损失和液体回落，提高举升气体的效率。
1.2工艺要求（1）为保障柱塞塞体在油管内运行顺畅，要求实施气井油管内壁规则且无腐蚀穿孔，为满足套压监测需求，尽可能选择油套连通气井；（2）柱塞气举排水工艺利用气井自身能量推动柱塞，要求实施气井为具备一定能量的自喷井或间喷井，对于已经积液停喷的气井，需通过其他外源动力排水手段激活气井产能后实施；（3）水气比较高、井筒有一定程度积液的气井，即气井产能发挥主要受积液影响的气井；（4）水气比小于20方/万方，产量（停喷井经激活后）大于0.1万方/天。
2 工艺参数设计柱塞气举需要确定的工艺运行参数包括：运行所需最小套压，柱塞下入深度，举升周期所需气量，柱塞运行所需流量，柱塞运行周期等。
2.1套压确定最小套压，即柱塞和液体段塞到达井口或液体段塞已经通过井口并到达地面时的临界套压值。
计算公式如下：（1）式中，为最小套压（MPa）；为最小油压（MPa）；为举升1m3液体段塞所需的静液柱压力（MPa）;为举升1m3液体段塞所需的摩擦阻力损失（N）；为每周期液体段塞体积（m3）；为克服柱塞自身重力所需的压力（MPa）；为柱塞以下油管的气体摩擦阻力损失（N）。
最大套压，环空气体在最大套压下膨胀后得到了最小套压，由此可以根据最小套压反推出最大套压(忽略气体膨胀时的偏差系数差异)。
计算公式如下：（2）式中，为最大套压（MPa）；为油管截面积（m3）；为油套管环空截面积（m3）。
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柱塞气举排水采气技术简介
该工艺是间歇气举的一种特殊形式，柱塞气举管柱结构一般有两种：不加封
隔器的闭式结构。其井下不见重要有气举阀，卡定器，缓冲器，活塞等。地面有
控制器，节流阀，捕捉器，防喷盒等。柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气
体和被举升的液体分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率。柱塞
气举的能量主要来源于地层，但是当地层气能量不足时，也向井内注入一定的高
压气。这些气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，增大生
产压差，延长气井的生产时间。对常规连续气举或间歇气举效率不高的井，采用
柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。柱塞气举还可用于易结蜡，
结垢的油气井，沿油管上下来回的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。这样就省
下了清洗蜡，垢的工序节约了生产时间和生产费用。柱塞的安装和管理费用都较
低[6]。柱塞气举流程图见下图：
柱塞气举流程图
主要优点：
1) 提高间歇气举的举升效率举升效率高：柱塞气举同其它排水采气工艺相
比具有更高的采收率。柱塞提供的固体界面极大的减少了液体回落，相应提高了
气体的举升效率；
2)设备投资少，使用寿命长且维修成本低经济效益好：其安装成本和运行维
护费用低，无需电力消耗，节约人力时间等；
3)能充分利用地层能量，无需其他能量消耗；
4)地面的设备的自动化程度高，易于管理；
5)可以有效减轻结蜡井的结蜡问题。
主要缺点：
1) 地面装置相对其他气举方式复杂，柱塞中的运动机构复杂且不可靠。为
了提高柱塞在井中的下落速度，常在柱塞内设有旁通机构。旁通机构中的阀门开
启和关闭主要依靠柱塞撞击卡定器和井口缓冲器。由于柱塞在井内运动时一，不
可避免的与油管壁发生碰撞或以不同的速度落入井下的液体中受到冲击。柱塞在
这些冲击力的作用下，都有一可能使柱塞内的旁通机构在没有到需要运动的时候
产生运动。这些意外的阀门开启或关闭就是人们在实际生产中出现柱塞卡在井
中、没有带液、高速撞击上缓冲器、柱塞寿命大幅降低等问题的根源；
2) 操作管理有一定的难度，为了能自动化的管理柱塞举升井，总要在地面
建设一整套控制设备，使生产井有序地进行工作。这些设备投资大、机构复杂、
对工作环境要求苛刻，给管理带来许多的不便。此外，还需要根据生产井的生产
情况确定柱塞下落的时机和开井与关井的时间。工艺参数的计算和地面控制系统
都非常复杂；
3)生产过程容易在地面集输管网内造成较大的压力波动；
4)间歇式生产。
目前国内外所用的柱塞气举工艺都是间歇式的生产工艺，即在柱塞从井口下
行到井底的这一段时间，必须关井停产。这主要是以下两方面的因素所造成的：
①柱塞的最大横截面积与生产管柱的内横截面积很接近，使柱塞在管柱中运
动时，受到的气流阻力太大；
②为了防止举升过程中气体的滑脱和液体的泄漏，现有的柱塞外径与管柱的
内径很接近，使柱塞在运动过程中受到的摩擦阻力非常大；
5)柱塞的下落速度慢；
柱塞在油管中下落时，由于受到油管内壁的摩擦力、气体的阻力和托举力的
作用，下落的速度变的很慢。虽然理论值还比较理想，但实际使用中，柱塞的下
落速度往往小于2米/秒，有的井况不到1米/秒。这样对于一口3000米井深的
排液井来说，每个生产周期，仅柱塞下落的时间就需要40r--70分钟(含柱塞在
液体中下落所需要时间)。如果每天按10个生产周期来计算，则有一半的时间是
关井停产的，生产效率非常低。
选井要求：
井深：≤3000m；
油管尺寸: 2-1/2、2；
气液比: ≥500 m3/m3；
日排水: 10～50 m3/d；
基本要求: 自喷井或间喷井。